国产高压变频器在电厂辅机节能改造中的应用实践

1.2 改造前工频功率计算公式：


1.3 改造后功率计算公式：

1.4 #2锅炉引风机节能计算

　　对比#2锅炉引风机变频调速前后的电功率：单台引风机减少电功率180kW，节电率为33%。以上是理想条件下的节电率，在实际运用中，为了考虑变频器故障切换为工频运行时，风门需保留它用。变频调节运行时风门尽管全开，还有一定的阻碍，影响计算结果，另外，各种运行工况的不同，节电效果也不一样，所以实际节电率要比以上估算结果有一定的出入。但从以上结果来看，节电显著，值得改造。
2、锅炉给水泵
　　#3、4给水泵为定速运行，采用变频调速的主要特点是消除或减少阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成的能源浪费。下面就例举我公司#4给水泵改造测算情况作一介绍。
2.1改造前运行参数（#4锅炉给水泵）

#1、2、4给水泵节能计算（正常运行3台泵母管运行）
2.2工频运行功率计算

2.3变频改造后预计运行功率计算
由于汽包压力为9.4mPa，考虑管损及其他损耗，给水泵的出口压力应达到12mPa，单台给水泵的流量要达到360m3/h。
#4给水泵变频计算：

考虑#1、2给水泵为液力耦合器拖动，其η不超过0.90，#4给水泵变频改造后给水泵总负荷约5575KW。
2.4节电比例计算

　　对比现负荷下变频调速前后的电功率：#4给水泵变频改造后总给水电功率减少554kW，节电率为9.0%。从以上结果来看，节能显著，并且能提高对工艺参数控制，值得改造。
四、高压变频器性能选择
　　利用变频调节技术无疑要在原有的回路中加装一套变频调速设备，也就增加了一个设备故障点,该产品性能的好坏，将直接影响着机炉的安全稳定运行，因此变频器的性能选择至关重要。我们在选择时除了考虑一些常规的性能指标外，还着重注意了以下几点:设计上是否相对有其特点，选用的元件是否稳定、成熟；产生的谐波分量是否符合有关标准；电源短时中断恢复时对其影响程度；个别元件故障时能保持短时间的运行等功能。
　　目前，市场上高压变频器产品较多，变频调节类型也有多种。一般说来，国外有的产品其元件及性能应较好，但价格较高，同时与用户意见的交流、售后服务较为困难。
　　我们在对辅机设备调节系统改造前，收集、了解了国内一些调节装置的资料，并进行了比较，最后选择了广州智光电气股份有限公司的ZINVERT变频调速系统。
五、辅机设备变频器的改造控制方案简介
　　我们此次改造应用的ZINVERT型智能高压变频调速系统主控制部分以新型电机控制专用双DSP（数字信号处理器）为控制核心，辅以大规模可编程逻辑器件，实现SPWM波形控制及各种信号的检测、分析判断和处理。控制器和功率单元箱之间通过光纤进行信号传输，可有效避免电磁干扰，增强系统的可靠性。同时控制系统具有丰富的模拟、数字接口，可用于与中控DCS连接和扩展，以满足现场运行与控制的需要。操作时可通过在控制柜上“远程/就地”转换开关的切换实现“就地控制”与“远方控制”。我公司“远方控制”与原有的DCS连接，在引风机、给水泵控制画面中增加了变频器画面，与变频器输出接口联接，进行数据通讯，运行人员可以通过DCS中的画面对引风机、给水泵变频器的工作电流、转速以及运行、停止、故障等状态进行实时监控。
1、 #2锅炉IIB引风机变频装置与电动机连接方式

　　#2锅炉IIB引风机电动机配套变频型号为：ZINVERT-A6H1000/06Y，系统采用一拖一工／变频自动旁路切换方式（见上图）。其中QF表示6KV高压开关（原有设备）、KM1-KM3为高压真空接触器、M表示电动机（原有设备）、K1-K2为高压隔离开关；全部选用10kV开关。K1、K2与KM1、KM2联锁，即K1、K2断开时，KM1、KM2无法合闸。KM3和KM2互锁，KM3和KM1不互锁。KM3和KM2不能同时合闸。
　　自动变频切换工频过程：电机变频运行时，变频器接收到“变频切工频”的信号后，自动断KM1、KM2，然后合KM3，电机工频运行。自动工频切换变频过程：电机工频运行时，变频器接收到“变频切工频”的信号后，自动断开KM3，然后合上KM1，最后合KM2，启动电机变频运行。在变频器出现严重故障时（除负载故障外），负载能够自动转入工频电网中，切开变频调速系统，并且负载不用停机；另外在工频旁路运行的情况下可以通过断开K1和K2检修变频器。
2、 #4给水泵变频装置与电动机的连接方式

　　#4给水泵电动机配套变频型号为：ZINVERT-A7H3750/06Y，系统采用一拖一工／变频手动旁路切换方式。它是由1个单刀单掷隔离刀闸K1和1个单刀双掷刀闸开关K2组成（见上图），其中QF表示6KV高压开关（原有设备），变频与工频旁路间切换，可以通过K1、K2刀闸切换完成，刀闸K2采用单刀双掷刀闸，保证避免变频输出与工频输入短接闭锁功能。
　　6kV电源经变频装置输入刀闸K1到高压变频装置，变频装置输出经刀闸K2送至电动机；电源还可经刀闸K2切换工频位置至电机，直接起动电动机。一旦变频装置出现故障，可马上依次断开输入侧进线开关QF及进线刀闸K1，切换刀闸K2至工频位置，将变频装置隔离，然后合输入侧进线开关QF在工频电源下起动电机运行。刀闸K1、刀闸K2操作与进线开关位置之间具有闭锁和防止误操作功能。刀闸技术绝缘耐压、动稳、热稳、机械寿命、电气寿命等参数满足回路要求及相关标准。
六、辅机设备变频器系统调试
　　变频器安装后，投入系统运行前还需进行必要的调试，其目的主要是检查所选择的变频器其性能、功能是否达到设计要求以及满足实际生产需要。主要内容有:
1、具备条件:
a) 相关变频器工作的一、二次设备安装、组态完毕；
b) 变频器柜内变压器耐压试验、直流电阻测量合格；
c) 6kV电缆、变频器柜内开关、支持瓷瓶、避雷器等试验合格；
d) 检查各接线正确、紧固；
e) 变频器参数设置正确；
f) 辅机等机务设备具备试车条件。
2、试验项目:
a) 开关闭锁功能试验:主要检查出线刀闸和旁路刀闸的机械闭锁功能、“高压允许合闸”闭锁功能、防止带负荷拉合刀闸功能。
b) 静态调试:将变频器控制电源送上，开关处于试验状态。检查“接地控制”(控制柜控制)、“远方控制”(DCS控制)时的开关动作状态及变频器面板、DCS画面上的各种状态显示是否正确对应。
c) 动态调试:开关、变频器柜将正式通电。分别检查“工频旁路”状态以及“变频控制”状态下，在DCS上或变频器控制柜上操作引风机、变频器的启、停、调是否正常，转速、电流是否正确；在“工频旁路”状态时与“变频控制”状态时的转向是否正确；在“变频控制”时人为模拟故障保护动作、信号是否正确。
d) 带负荷试验:主要了解正常运行工况下变频器的风量、流量、电流、转速(频率)；检查变频器额定输出电流时的电机转速、变频器频率。以便确定变频器的“始动频率”值以及是否投用限流功能。
e) 动力电源切换试验:变频器在正常运行时,电源发生短时波动或工作厂用电中断备用电切换成功,这时变频器应不发生跳机。
七、辅机设备变频改造后的效果
1、#2锅炉IIB引风机变频改造后效益分析
改造前#2炉负荷为370T/h（表一）

由表一的统计数据可知，变频器改造前的日平均日耗电量为25806.6KWh
改造后#2炉负荷为370T/h（表二）

由表二的统计数据可知，改造后经过计算#2锅炉两台引风机每天的平均电量约为18370.67KWh
每天的节约电量为：25806.6-18370.67=7435.93KWh，实际节电率为28.8%。
2、#4给水泵变频改造后效益分析（根据锅炉的上水量与产汽量进行统计）
改造前, #1、#2、#4给水泵运行统计（表一）

由表一的统计数据可知，变频器改造前的日平均日耗电量为169002KWh
改造后, #1、#2、#4给水泵运行统计（表二）

由表二的统计数据可知，变频器改造后的日平均日耗电量为157417KWh
　　每天的节约电量为：169002-157417=11585KWh，实际节电率为6.9%。
由以上统计数据的计算分析可以看出，采用变频调速运行后，仅仅节电每年带来的经济效益十分明显，并且通过测算引风机、给水泵变频改造投资在一年内全部收回。另外变频改造的附加优势：
a)电源侧的功率因数可提高到0.95以上，大大的减少无功功率的吸收，进一步节约上游设备的运行费用。
b)采用变频调节后，通过调节电机转速实现节能；转速降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期、设备运行寿命延长；变频改造后风门开度可达100％，运行中不承受压力，可显著减少风门的维护量。在使用变频器过程中，只需定期对变频器除尘，不用停机，保证了生产的连续性。从实际改造情况看，采用变频调速后，运行与维护费用大大降低。
c) 采用高压变频改造后，电机实现软启软停，启动电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常，无任何附加的异常振动和噪音。
d) 智能高压变频调速系统适应电网电压波动能力强，电压工作范围宽，电网电压在-35%～+15%之间波动时，系统均可正常运行。
八、结束语
　　综上所述，ZINVERT变频器在我公司辅机设备中应用是相当成功的，不仅可以取得相当显著的节能效果，是电厂节能降耗的一个有效的途径，同时也改善了辅机设备的使用寿命和自动控制水平，而且也得到国家产业政策的支持，代表了今后电力行业节能技改的发展方向。

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